지구 태양열의 약 47%가 지표면을 통해 지하에 저장되며 이렇게 태양열을 흡수한 땅속의 온도는 지형에 따라 다르지만 지표면 가까운 땅속의 온도는 개략 10℃∼20℃정도 유지하는데 이러한 지하의 물과 지하의 열의 온도차를 이용하여 냉난방을 하는 방식을 지열시스템이라고 합니다. 즉, 지열 시스템 에어컨은 땅 속에 있는 지열에너지를 열교환기를 이용하여 활용한 에어컨 시스템입니다. 오늘은 이러한 지열 시스템에어컨의 개념과 특징에 대해 살펴보도록 하겠습니다.
1. 지열 시스템에어컨의 개념
기존의 히트펌프 냉난방기(EHP)는 증발과정에서 외부공기로부터 열을 흡수하거나 외부로 방출하여 냉방 또는 난방을 생산하는 방식인데 실외기의 열교환을 위한 외기 온도차가 심하여 열의 흡수와 배출에 많은 에너지가 소비되었으나 땅속 지열을 이용한 지열시스템 에어컨은 외기온도에 의한 영향을 거의 받지 않는 지중의 열을 이용하므로 공기열원식 히트펌프보다 약 22배 이상의 높은 열효율 성능을 나타낸다고 합니다. 지열 시스템에어컨은 지열을 활용하기 때문에 난방과 냉방을 모두 지원할 수 있으며 전력을 절약할 수 있고 에너지 효율성이 높아 에너지 비용을 절감할 수 있습니다. 하지만 지중 시설을 위한 굴착작업 외 기타 초기 설치비용이 매우 높은 편이며 지중 구조와 암반 등 설치 장소뿐만 아니라 지하수 유무 등 제약조건도 많습니다.
2. 지열 시스템 에어컨의 종류
지열에너지는 지중 깊이에 따라 심부지열과 천부지열과 구분되는데 심부지열은 지하 300m부터 수 km에 이르는 땅 속에 존재하는 에너지로 40도~150도 이상의 온도를 유지한다고 합니다. 그리고, 천부지열은 지표로부터 300m 이내에 존재하는 열에너지로 평균 15도 정도를 유지하고 있으며 채열도 편리하고 심부지열에 비해 시설비용 등 경제적이기 때문에 우리나라에서 대부분의 지열시스템에어컨은 지하 150m 내외의 천부지열을 이용하여 냉난방과 온수공급에 널리 활용되고 있습니다. 지열 시스템의 종류는 지열을 회수하는 파이프(열교환기)의 회로 구성 및 지중열교환기를 매설하기 위해 지중에 천공하는 보어홀의 개방여부에 따라서 밀폐회로와 개방회로로 구분됩니다.
가. 밀폐형 지열 시스템
밀폐형 지열시스템은 지중열교환기 설치방식에 따라 수직형, 수평형, 수직수평복합형으로 구분되며 시공비가 저렴하지만 수평으로 열교환기를 배치해야 하므로 넓은 부지가 필요하고 에너지효율이 상대적으로 낮아 냉난방 부하가 적은 소형건물에 적합합니다.
나. 개방형 지열 시스템
개방형 지열시스템은 시공비가 고가이나 시공을 위한 필요 부지가 적고 에너지 효율이 높은 장점이 있으며 보어홀이 개방되어 있어 오염에 대한 관리가 필요한 시스템입니다.
3. 지열 시스템 에어컨의 설계 프로세스
가. 건축설계도면 검토
나. 지열에너지 요구량 예측 분석
지역 기후데이터를 분석하여 해당 건물에 필요한 냉난방에너지 요구량을 분석합니다.
다. 장비선정 및 천공위치 확인
냉난방에 필요한 에너지 소요량에 따른 장비용량 및 수량을 결정하고 천공 개수 및 위치와 배관경로를 건축설계사무소와 협의하여 결정합니다. 또한 지열에어컨 실외기의 위치 및 크기를 설계사무소 및 건축시공사와 협의합니다.
라. 지열시스템 설계완료 후 관련서류 첨부하여 정부인증 절차를 진행합니다.
4. 지열 시스템 에어컨의 특징
가. 경제적인 냉난방 시스템
지열시스템 에어컨은 안정적인 지열원을 이용하여 기기의 신뢰성과 효율성이 우수한 냉난방 시스템으로 하절기 및 동절기에도 지중 온도가 일정한 지열을 이용하기 때문에 기기의 성능이 높고 운전비가 절감되어 높은 효용성과 에너지절감을 극대화합니다.
나. 다양한 용도로 활용 가능
기존의 EHP나 GHP의 경우에는 기본적인 냉난방을 제공하지만 온수나 급탕이 불가하여 별도의 보일러 시설을 갖추어야 했으나 지열시스템의 경우에는 냉온수 및 급탕기능도 제공할 수 있어 아주 편리한 시스템입니다.
다. 이산화탄소 저감효과가 뛰어난 친환경제품
지열이라는 천연 자연에너지를 활용하고 친환경냉매를 사용함으로써 지구환경 개선 및 고효율에 의한 이산화탄소 저감효과가 매우 뛰어납니다. 그리고, 기본적으로 냉각탑을 사용하지 않기 때문에 대기오염이 없고 주변의 소음도 발생시키지 않아 편리합니다.
라. 공간활용 우수하여 장기간 운영 가능
냉각탑 등의 대형 열교환기가 불필요하여 공간 및 면적이 절감되며 반영구적으로 사용할 수 있다는 점이 특징입니다.
이상으로 오늘은 지중에 지열을 이용하여 냉난방 및 냉온수를 공급하는 지열시스템 에어컨에 대해서 포스팅해 보았습니다. 그럼 다음시간에 더 유익한 내용으로 찾아올게요. 감사합니다.
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